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Title: Modelagem morfocinética da interface de calcinação de calcários brasileiros.
Authors: Silveira, Marcus Alexandre Carvalho Winitskowski da
metadata.dc.contributor.advisor: Luz, José Aurélio Medeiros da
Keywords: Beneficiamento de minério
Minérios - processamento termoquímico
Calcário - minas e mineração
Cal
Issue Date: 2020
metadata.dc.contributor.referee: Luz, José Aurélio Medeiros da
Lacerda, Carla Maria Mendes
Faria, Geraldo Lúcio de
Russo, Mário Luís Cabello
Albuquerque, Rodrigo Oscar de
Citation: SILVEIRA, Marcus Alexandre Carvalho Winitskowski da. Modelagem morfocinética da interface de calcinação de calcários brasileiros. 2020. 181 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mineral) - Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2020.
Abstract: O pleno entendimento do comportamento termodinâmico e cinético na calcinação de partículas de calcário de diferentes tipologias e morfologias, que servem de insumo as mais diversas operações industriais, é ainda uma lacuna de conhecimento científico/tecnológico. Em consequência disso é muito comum ocorrerem efeitos negativos causados por sub e supercalcinação das partículas de calcário no processo de calcinação trazendo prejuízos operacionais. A partir disso, esta tese buscou aperfeiçoar este entendimento cinético do processo de calcinação através de sua modelagem matemática em função da evolução da geometria da frente de reação, a qual é função do formato da partícula. Desta forma, o conhecimento científico gerado poderá contribuir como uma melhora nos projetos de dimensionamento e operação de fornos de calcinação, na minimização dos efeitos de sub e super-calcinação de partículas, e consequentemente promover uma economia dos custos operacionais nos mais diversos setores industriais onde o calcário é aplicado. Primeiramente, amostras de três tipologias de calcário foram preparadas e caracterizadas físico, químico e termoquimicamente. Em seguida foram realizados ensaios exploratórios de calcinação em condições quase isotérmicas e sem controle atmosférico da câmara do reator. Estes ensaios indicaram que a calcinação a temperaturas acima de 1.000 ºC, por um longo período de tempo e sem controle da atmosfera do reator, tende a sinterizar a camada de cal formada. Diferentemente de outros estudos, a estimação dos parâmetros termocinéticos pelos ensaios quase isotérmicos demonstrou ser inadequada para estas amostras de calcário investigadas. Já as curvas termogravimétricas apresentaram ser uma boa alternativa para a obtenção de parâmetros termocinéticos mais confiáveis. Ensaios de calcinação parcial de corpos de prova das amostras de calcário com geometria de paralelepípedo com fluxo de ar natural comprimido indicaram a conveniência de haver um controle da atmosfera do reator para consequente diminuição do tempo necessário para a totalização da calcinação. O modelo morfocinético apresentou 95% de aderência à maioria dos dados experimentais dos ensaios com os paralelepípedos de calcário. A amostra de calcário calcítico é predominantemente compacta, necessitou de um maior tempo de calcinação total em relação a amostra dolomítica. Através da descrição da cinética da evolução da frente interfacial de calcinação por curvas de Lamé, o modelo morfocinético contribui com informações características do material e condições operacionais para um dimensionamento mais assertivo do processo de calcinação.
metadata.dc.description.abstracten: The full understanding of the thermodynamic and kinetic behavior in the calcination of limestone particles of different types and morphologies, which serve as input for the most diverse industrial operations, is still a scientific/technological knowledge gap. Therefore, it is very common to have negative effects caused by under and over-calcination of the limestone particles in the calcination process, causing operational losses. From this, this thesis sought to improve the kinetic understanding of the calcination process through its mathematical modeling according to the evolution of the reaction front geometry, which is a function of the particle shape. In this way, the scientific knowledge generated can contribute to an improvement in the design and operation of calcination furnaces, in minimizing the effects of under and overcalcination of particles, and consequently promote operating cost savings in the most diverse industrial sectors where limestone is applied . Samples of three types of limestone were prepared and characterized physically, chemically, and thermochemically. Then, exploratory calcination tests were carried out in almost isothermal conditions and without atmospheric control of the reactor chamber. These tests indicated that calcination at temperatures above 1,000 ºC, for a long period of time and without control of the reactor atmosphere, tends to sinter the formed lime layer. Unlike other studies, the estimation of thermokinetic parameters by quasi-isothermal tests proved inadequate for these investigated limestone samples. Thermogravimetric curves has proved to be a good alternative for obtaining more reliable thermokinetic parameters. Tests of partial calcination of specimens of limestone samples with parallelepiped geometry with natural compressed air flow indicated the convenience of having control of the reactor atmosphere for a consequent reduction of the time necessary for the completion of calcination. The morphokinetic model showed 95% adherence in most experimental data from the tests with limestone cobblestones. The calcite limestone sample and predominantly compact required a longer time of total calcination in relation to the dolomitic sample. Through the description of the kinetics of the calcination interfacial front evolution by Lamé curves, the morphokinetic model contributes with material characteristic information and operational conditions for a more assertive dimensioning of the calcination process.
Description: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mineral. Departamento de Engenharia de Minas, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/jspui/handle/123456789/14427
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